第九屆CIMT2005中國國際機床展覽會上展示了當今世界位移測量技術(shù)最新的發(fā)展和最新型的位移傳感器，并將數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床推向更高精度、更高速度、更高可靠、更高效率的發(fā)展，也將數(shù)顯技術(shù)和數(shù)顯量具推向一個新的高度。

1．最新發(fā)展主要體現(xiàn)在三個方面

（1）絕對式光柵尺在控制系統(tǒng)中逐步取代現(xiàn)在通用的增量式光柵尺，并廣泛應用于反饋控制系統(tǒng)和數(shù)控機床。采用絕對式光柵尺的測量系統(tǒng)在設備通電的同時后續(xù)電路就可以獲得絕對位置，不再需要在開機后尋找參考零位，提高了系統(tǒng)的可靠性和工作效率。

（2）單場掃描光柵尺將逐步取代現(xiàn)在通用的四場掃描光柵尺。這將大幅度提高光柵尺的精度、分辨力、速度和抗污染的能力。這是光柵傳感器最重要的發(fā)展，使光柵測量系統(tǒng)達到了一個新的技術(shù)高度。

（3）量具目前普遍采用的增量式容柵測量系統(tǒng)是不能防水的，有一半的容柵量具將會被防水型絕對式電磁感應式測量系統(tǒng)所取代，尤其是數(shù)顯卡尺。因為容柵是變電容柵式測量系統(tǒng)，空氣是作為介質(zhì)要受到濕度的影響，在不改變數(shù)顯卡尺的柵式結(jié)構(gòu)條件下采用變電感的測量系統(tǒng)，這就能防水，將容柵的防護等級從IP40提高到IP67；另外在增量式碼道旁邊再增加絕對式碼道，采用絕對式編碼技術(shù)通電后不需要對零，在點位測量時也不會產(chǎn)生超速錯誤。今后普及型的量具仍會采用容柵測量系統(tǒng)，而防水型的都會采用電磁感應測量系統(tǒng)。


2．絕對式光柵尺

現(xiàn)代位移測量系統(tǒng)普遍采用光柵、磁柵、感應同步器、球柵和容柵等柵式測量系統(tǒng)，都是應用了重復周期的結(jié)構(gòu)設計，位移的測量都是采用增量測量方法，也就是在確定初始點后要用讀出從初始點到所在位置的增量數(shù)（步距）來確定位置。因此設備在開機后每個軸需要移動一個位置尋找參考標記。近幾年來為了解決開機后機床各個軸在不移動的情況下，光柵尺就能夠提供當前絕對位置的數(shù)據(jù)，德國HEIDENHAIN、日本三豐（MITUTOYO）、西班牙FAGOR等公司都開發(fā)了絕對式光柵尺，并成功用于數(shù)控機床，配備了絕對式光柵尺的機床或生產(chǎn)線在重新開機后立刻重新獲得各個軸的絕對位置以及刀具的空間指向，因此可以立刻從中斷處開始繼續(xù)原來的加工程序，這就大大地提高了數(shù)控機床的有效加工時間。絕對式測量是現(xiàn)代測量技術(shù)發(fā)展的趨勢，在位移傳感器上會得到普遍的應用，日本三豐公司已將增量式容柵數(shù)顯卡尺用新一代絕對式容柵數(shù)顯卡尺替代，新推出的防水數(shù)顯卡尺也采用絕對式電磁感應測量系統(tǒng)。日本SONY公司正在研發(fā)絕對式磁柵尺，即將推出新產(chǎn)品。英國NEWALL公司也在推出絕對式球柵傳感器。絕對式直線傳感器首先應用在反饋控制系統(tǒng)中，尤其是數(shù)控機床中，現(xiàn)在FANUC、SIEMEMS、三菱（MITSUBISHI）等許多數(shù)控設備生產(chǎn)廠家都在采用。總之絕對式直線傳感器有顯著優(yōu)點，是當前發(fā)展起來的新一代產(chǎn)品，將使數(shù)控機床反饋控制系統(tǒng)提高到一個新的高度。

新一代絕對式光柵尺一般是在標尺上做兩個碼道，一個是絕對碼道將不同寬度和不同間距的柵線以絕對位置數(shù)據(jù)用編碼形式直接制作到標尺上用來確定絕對位置；另外一個碼道是增量碼道用來確定光柵的精度和分辨力。絕對式光柵尺還需要提供和數(shù)控系統(tǒng)接口的通信協(xié)議。

1997年HEIDENHAIN推出絕對式光柵尺LC181，在該玻璃標尺上有七個碼道，其中增量碼道的信號周期為16μm，由EnDat接口傳輸絕對位置和增量信號，測量分辨力從1μm到0.1μm，準確度±5μm、±3μm，最大測量長度3040mm，最大速度120m/min。2000年后又推出LC481，在標尺上只設了兩個碼道，一個是增量碼道柵距為20μm，一個是絕對碼道，最大測量長度為2040mm，防護等級為IP53和IP64。

日本三豐（MITUTOYO）公司2003年也推出用于反饋系統(tǒng)的絕對式光柵尺AT500系列，在標尺上采用了三個碼道，中間是增量碼道柵距為20μm，兩邊為絕對碼道，測量分辨力為0.5μm和0.05μm，最高速度為150m/min和120m/min，準確度為±3μm/±5μm，最大測量長度3m，防護等級為IP53和IP64。在FANUC、三菱的數(shù)控系統(tǒng)上普遍采用。

西班牙FAGOR公司在2004年7月也宣布有絕對式光柵尺，在標尺上有兩個碼道，一個是增量碼道柵距為20μm，另一個是絕對碼道。FAGOR的絕對式光柵尺有兩個系列，SA/SVA系列測量長度從140mm～2040mm，GA系列測量長度從140mm～3040mm，最大速度為120m/min，分辨力為0.1μm，防護等級也為IP53和IP64。


3．單場掃描的光柵傳感器

光電單場掃描原理是新一代掃描原理，2004年由德國HEIDENHAIN公司提出，其優(yōu)點是提高了光柵傳感器輸出信號的質(zhì)量和抗污染能力。其顯著的效果是提高了光柵傳感器的定位精度、分辨力和運行速度，以及對污染特別不敏感。

單場掃描的信號生成，是將光柵傳感器的指示光柵作成一個和標尺光柵寬度差不多的單場掃描光柵掩模，其柵距和標尺光柵的柵距略有不同，這樣一來就可以在掃描光柵掩模（指示光柵）的全長上產(chǎn)生多組（例如八組）明暗交替花樣條紋，并起到了光學濾波作用，每組能夠生成4個相位差90o的區(qū)域，可以產(chǎn)生高質(zhì)量正弦波信號。接收元件為特制的含4個相位的多組硅光電池，不但接收面積增大而且多個接收元件的平均效應提高了信號精度和強度以及抗污染的能力。

單場掃描光柵尺由于覆蓋光柵標尺全寬的大尺寸掃描區(qū)以及多組柵狀掃描區(qū)的平均效應使得光柵尺的一個信號周期內(nèi)位置誤差大大減小（小于一個信號周期的0.5%，若柵距為20μm即小于0.1μm），精度提高一倍以上，并且信號強度大，運行速度高，穩(wěn)定性好，抗污染能力強。現(xiàn)用的這種單場掃描的光柵尺的柵距為20μm，通過細分可以達到或超過0.1μm的分辨力，測量速度從120m/min可以提高到180m/min，這種封閉式光柵尺在大流量冷卻液沖淋下可以連續(xù)運行12小時，測量精度優(yōu)于傳統(tǒng)四場掃描光柵尺，這是光柵成像測量原理的重大發(fā)展。


4．防水絕對式數(shù)顯卡尺

容柵測量系統(tǒng)是在1973年問世，1974年TRIMOS公司最先在測高儀上應用，1980年專門生產(chǎn)容柵數(shù)顯的SYLVAC公司成立，容柵很快就應用于數(shù)顯卡尺、千分表、測高儀和測長儀。常用容柵測量系統(tǒng)的分辨率為1μm、5μm和10μm，測量速度是1m/s～2m/s。容柵最大測量范圍高度儀是2m，長度儀是3m，系統(tǒng)測量精度為〔3+Lmm/300〕μm。容柵測量系統(tǒng)主要優(yōu)點是生產(chǎn)成本低、功耗小、速度快，所以在量具量儀上得到廣泛應用，但是分辨力在1μm和1μm以下的測量系統(tǒng)一般都采用光柵測量系統(tǒng)。

容柵數(shù)顯卡尺最大的問題是不能防水，數(shù)顯卡尺生產(chǎn)廠家紛紛尋找能防水的測量系統(tǒng)。日本MITUTOYO（三豐）公司在2000年10月推出了采用電磁感應原理的絕對式編碼的防護等級為IP65的防水卡尺CD-G系列，當年銷售5萬支。2003年10月推出IP66防水卡尺CD66-P系列，當年銷售15萬支；2004年1月又推出IP67防水卡尺CD67-PS系列，當年銷售10萬支。2004年11月1日將IP67太陽能防水卡尺CD67-SPS系列在日本東京國際機床展覽會（JIMTOF2004）上展出，預計今年就可銷售3000支，太陽能防水卡尺的太陽能電池的使用壽命為10年。2001年瑞士TESA公司也推出了采用磁柵原設計的防水型數(shù)顯卡尺TESA-CALIP65，2004年又推出可以放入水中的防水卡尺TESA-CALIP67。SYLVAC和MAHR也推出IP65的防水型數(shù)顯卡尺。


三豐公司的普及型數(shù)顯卡尺主要還是容柵絕對式編碼（Electrostatic capacity type absolute encoder）卡尺“ABSOLUTE”，是電子卡尺的第二代產(chǎn)品，只要打開開關便可以開始測量不需要另外置零，也不會產(chǎn)生超速錯誤。該產(chǎn)品在日本本土的產(chǎn)量為200萬支。其技術(shù)應用在三豐公司生產(chǎn)的數(shù)顯卡尺和數(shù)顯千分表上。